【正文】 is sent to PLC host by approach switch, PLC host can control the paws of manipulator and realize the open and close by the control of acmotor39。 課題研究目的及意義機(jī)械手是工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對(duì)象?？傊?，機(jī)械手是提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善勞動(dòng)條件，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度和實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的一個(gè)重要手段。 由于自動(dòng)化可以節(jié)省大量的人力、物力等，而PLC也具有其他控制方式所不具有的特殊優(yōu)越性，如通用性好、實(shí)用性強(qiáng)、硬件配套齊全、編程方法簡單易學(xué)，因此工業(yè)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用PLC。通過此次設(shè)計(jì)可以更進(jìn)一步學(xué)習(xí)PLC的相關(guān)知識(shí)，了解世界先進(jìn)水平，盡可能多的應(yīng)用于實(shí)踐[2]。第二代機(jī)械手具有感覺器官，仍然以程序控制為基礎(chǔ)，但可以根據(jù)外界環(huán)境信息對(duì)控制程序進(jìn)行校正。目前機(jī)械手技術(shù)有了新的發(fā)展：出現(xiàn)了仿人型機(jī)械手、微型機(jī)械手和微操作系統(tǒng)（如細(xì)小工業(yè)管道機(jī)械手移動(dòng)探測系統(tǒng)、微型飛行器等）、機(jī)械手化機(jī)器、智能機(jī)械手（不僅可以進(jìn)行事先設(shè)定的動(dòng)作，還可按照工作狀況相應(yīng)地進(jìn)行動(dòng)作，如回避障礙物的移動(dòng)，作業(yè)順序的規(guī)劃，有效的動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)等）。國內(nèi)方面：目前在一些機(jī)種方面，如噴涂機(jī)械手、弧焊機(jī)械手、點(diǎn)焊機(jī)械手、搬運(yùn)機(jī)械手、裝配機(jī)械手、特種機(jī)械手（水下、爬壁、管道、遙控等機(jī)械手）基本掌握了機(jī)械手操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，解決了控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和配置，軟件的設(shè)計(jì)和編制等關(guān)鍵技術(shù)，還掌握了自動(dòng)化噴漆線、弧焊自動(dòng)線及其周邊配套設(shè)備的全套自動(dòng)通信、協(xié)調(diào)控制技術(shù)；在基礎(chǔ)元件方面，諧波減速器、機(jī)械手焊接電源、焊縫自動(dòng)跟蹤裝置也有了突破。硬件部分包括主電路圖的設(shè)計(jì)、傳感器的設(shè)計(jì)以及PLC控制電路設(shè)計(jì)。 方案設(shè)計(jì)：集散控制系統(tǒng)（TDCS）（1）硬件組成：TDCS、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、繼電器、電機(jī)、顯示燈（2）工作原理：D/A轉(zhuǎn)換器將外部開關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，然后傳給集散控制系統(tǒng)。（3）工控機(jī)的硬件組成機(jī)構(gòu)：人機(jī)一接口系統(tǒng)支持硬盤系統(tǒng)通信接口數(shù)字量輸入通道（DI）模擬量輸出通道（AO）數(shù)字量輸出通道（DO）圖 工控機(jī)的硬件組成結(jié)構(gòu)：PLC控制系統(tǒng) （1）硬件組成：PLC、外部開關(guān)設(shè)備、電源、顯示燈、繼電器、電機(jī)（2）工作原理：外部開關(guān)設(shè)備將機(jī)械手的位置信號(hào)反饋給PLC主機(jī)，PLC主機(jī)通過控制各個(gè)電機(jī)的繼電器線圈的通斷，從而控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，使機(jī)械手能夠在橫軸與豎軸運(yùn)動(dòng)。集散系統(tǒng)從工業(yè)自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)發(fā)展到以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為中心的集散系統(tǒng)，所以其在模擬量處理、回路調(diào)節(jié)方面具有一定優(yōu)勢(shì)，初期主要用在連續(xù)過程控制，側(cè)重回路調(diào)節(jié)功能。特別是個(gè)人計(jì)算機(jī)也被吸收到PLC系統(tǒng)中。方案二：用工業(yè)PC機(jī)控制車庫電機(jī)是早期用得比較多的一種控制方式，它可以充分利用一般計(jì)算機(jī)提供的各種軟件和硬件資源，利用WINDOWS或其它操作系統(tǒng)，方便地對(duì)系統(tǒng)的進(jìn)行控制。機(jī)械手采用PLC控制技術(shù)，可以大大提高該系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，減少了大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器和硬件接線，提高了控制系統(tǒng)的可靠性。不同點(diǎn)由于PLC和計(jì)算機(jī)屬于兩類產(chǎn)品，經(jīng)過幾十年的發(fā)展都形成了自身的裝置特點(diǎn)和軟件工具，實(shí)際上它們的區(qū)別仍然存在。PLC更適用于黑模式下運(yùn)行，但在線運(yùn)行時(shí)若要進(jìn)行較大的程序修改，其能力略遜于STD工控機(jī)，但是從開關(guān)量控制而言，PLC的性能優(yōu)于STD工控機(jī)。PLC自問世以來，經(jīng)過20多年的發(fā)展，在美國、歐洲、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家已成為重要產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前，PLC在國際市場上已成為最受歡迎的工業(yè)控制暢銷產(chǎn)品[8]，用PLC設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)已成為世界潮流。PLC的下端（輸入端）為繼電器、晶體管和晶閘管等控制部件，而上端一般是面向用戶的微型計(jì)算機(jī)。本系統(tǒng)中硬件電路主要分為三大板塊：主電路、傳感器、PLC控制電路等，以下是各板塊的具體設(shè)計(jì)。熔斷器主要由熔體和熔管以及外加填料等部分組成。因此，在一定過載電流范圍內(nèi)至電流恢復(fù)正常，熔斷器不會(huì)熔斷，可以繼續(xù)使用。繼電器作為電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)元件，以其體積小，結(jié)構(gòu)簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)在生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。 接觸器的選擇接觸器(Contactor)是指工業(yè)電中利用線圈流過電流產(chǎn)生磁場，使觸頭閉合，以達(dá)到控制負(fù)載的電器。在電工學(xué)上，因?yàn)榭煽焖偾袛嘟涣髋c直流主回路和可頻繁地接通與大電流控制(某些型別可達(dá)800安培)電路的裝置，所以經(jīng)常運(yùn)用于電動(dòng)機(jī)做為控制對(duì)象﹐也可用作控制工廠設(shè)備﹑電熱器﹑工作母機(jī)和各樣電力機(jī)組等電力負(fù)載，接觸器不僅能接通和切斷電路，而且還具有低電壓釋放保護(hù)作用。交流接觸器利用主接點(diǎn)來開閉電路，用輔助接點(diǎn)來導(dǎo)通控制回路。FU1至FU4四個(gè)熔斷器起過流保護(hù)作用，防止各回路發(fā)生短路現(xiàn)象；FRFRFR3三個(gè)熱繼電器對(duì)負(fù)載電機(jī)MMM3起過載保護(hù)作用，消除了主要的安全隱患。接近開關(guān)的選型 對(duì)于不同的材質(zhì)的檢測體和不同的檢測距離， 應(yīng)選用不同類型的接近開關(guān)，以使其在系統(tǒng)中具有高的性能價(jià)格比，為此在選型中應(yīng)遵循以下原則： 1）當(dāng)檢測體為金屬材料時(shí)，應(yīng)選用高頻振蕩型接近開關(guān)，該類型接近開關(guān)對(duì)鐵鎳、A3 鋼類檢測體檢測最靈敏。 4）對(duì)于檢測體為金屬時(shí)，若檢測靈敏度要求不高時(shí)，可選用價(jià)格低廉的磁性接近開關(guān)或霍爾式接近開關(guān)。當(dāng)有反光面（被檢測物體）接近時(shí)，光電器件接收到反射光后便在信號(hào)輸出，由此便可“感知”有物體接近。 行程開關(guān)的設(shè)計(jì) 行程開關(guān)的選型機(jī)械手的伸縮、升降均采用行程開關(guān)來限位，并通過改變行程開關(guān)的位置來調(diào)節(jié)橫軸和豎軸的運(yùn)動(dòng)范圍。因此，行程開關(guān)是一種根據(jù)運(yùn)動(dòng)部件的行程位置而切換電路的電器，它的作用原理與按鈕類似。PLC的硬件系統(tǒng)由微處理器(CPU)、存儲(chǔ)器(EPROM，ROM)、輸入輸出(I/O)部件、電源部件、編程器、I/O擴(kuò)展單元和其他外圍設(shè)備組成。用戶程序是由用戶根據(jù)控制需要而編寫的程序。為了使可編程序控制器的輸出及時(shí)地響應(yīng)隨時(shí)可能變化的輸入信號(hào)，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行，直至可編程序控制器停機(jī)或切換到STOP工作狀態(tài)。 PLC的掃描運(yùn)行方式PLC一般采用循環(huán)掃描方式工作。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序行和輸出刷新階段。并對(duì)控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，并以此刷新該邏輯線圈或輸出線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)。這時(shí)才是PLC真正的輸出。由掃描工作方式引起的滯后時(shí)間最長可達(dá)到兩個(gè)多掃描周期。國內(nèi)外現(xiàn)有的機(jī)械手系統(tǒng)，它們的控制形式大都采用可編程序控制器控制，特別是在智能化要求程度高容量大的現(xiàn)代化工業(yè)機(jī)械手系統(tǒng)中應(yīng)用更為普遍。而且，同一臺(tái)可編程控制器還可以用于不同的控制對(duì)象，只要改變軟件就可以實(shí)現(xiàn)不同的控制要求，因此具有很大的靈活性、通用性。操作方便、維修容易PLC采用電氣操作人員熟悉的梯形圖和功能助記符編程，使用戶十分方便的讀懂程序和編寫、修改程序。因此，它既可控制開關(guān)量，又可控制模擬量；既可控制一個(gè)機(jī)械手，又可控制一個(gè)機(jī)械手群；既可控制簡單系統(tǒng)，又可控制復(fù)雜系統(tǒng)；既可現(xiàn)場控制，又可遠(yuǎn)程控制。同樣，可編程序控制器控制也有其不足的地方，在性價(jià)比上要高于繼電器控制和單片機(jī)控制，其開發(fā)潛力要差于單片機(jī)，并且通用性不好，不同廠家的可編程序控制器以及其附屬單元都是固定專用等等[11]。從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)周期長短考慮不論是對(duì)舊設(shè)備進(jìn)行改造，還是設(shè)計(jì)新的生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備。這是因?yàn)槭褂肞LC不必改動(dòng)外部設(shè)備接線，只要對(duì)軟件進(jìn)行一些改變就可以了。從方案的確立到技術(shù)條件的設(shè)計(jì)以及施工的設(shè)計(jì)，圖面的工作量很大，這勢(shì)必造成設(shè)計(jì)周期長。 PLC的發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)代PLC的發(fā)展主要有兩個(gè)趨勢(shì)：一是向體積更小、速度更快、功能更強(qiáng)和價(jià)格更低的微小型方面發(fā)展；二是向大型網(wǎng)絡(luò)化、高可靠性、好的兼容性和多功能方面發(fā)展[12]。 PLC控制系統(tǒng)的保護(hù)措施要提高PLC控制系統(tǒng)可靠性，一方面要求PLC生產(chǎn)廠家用提高設(shè)備的抗干擾能力；另一方面，要求工程設(shè)計(jì)、安裝施工和使用維護(hù)中引起高度重視，多方配合才能完善解決問題，有效地增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾性能。硬件的抗干擾措施可以大大提高系統(tǒng)的測控精度和工作可靠性,而系統(tǒng)的抗干擾又不能完全依靠硬件解決。由于隔離變壓器二次側(cè)對(duì)地懸浮，可以防止操作過程中觸電。三、可以通過普通的USB電纜與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)簡單連接，可實(shí)現(xiàn)三種通信功能。 PLC的I/O口分配端口信號(hào)注釋X0SQ0X軸前限位一X1SQ1X軸后限位一X2SQ2X軸前限位二X3SQ3X軸后限位二X4SQ4Y軸上限位一X5SQ5Y軸下限位一X6SQ6Y軸上限位二X7SQ7Y軸下限位二X8SQ8光電開關(guān)一X9SQ9光電開關(guān)二X10SB0啟動(dòng)按鈕X11SB1復(fù)位按鈕X12SB2停止按鈕Y0KM0X軸前伸Y1KM1X軸后縮Y2KM2Y軸上升Y3KM3Y軸下降Y4KM4氣夾夾緊Y5KM5氣夾放松 PLC外部接線圖 PLC外部接線圖FPX C30T共有16個(gè)輸入及14個(gè)輸出端口，本系統(tǒng)中使用了13個(gè)輸入口及6個(gè)輸出口。 PLC的軟件部分與微型計(jì)算機(jī)一樣，除了硬件以外，還必須有軟件。PLC存儲(chǔ)空間的分配：雖然大、中、小型 PLC的CPU的最大可尋址存儲(chǔ)空間各不相同，但是根據(jù)PLC的工作原理， 其存儲(chǔ)空間一般包括以下三個(gè)區(qū)域：系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)，系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)（包括I/O映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等）和用戶程序存儲(chǔ)區(qū)。它和硬件一起決定了該P(yáng)LC的各項(xiàng)功能。一個(gè)開關(guān)量I/O占用存儲(chǔ)單元中的一個(gè)位（bit）, 一個(gè)模擬量I/O占用存儲(chǔ)單元中的一個(gè)字（16個(gè)bit)。這部分存儲(chǔ)單元內(nèi)的數(shù)據(jù)得以保留；后者當(dāng)PLC停止運(yùn)行時(shí)，將這部分存儲(chǔ)單元內(nèi)的數(shù)據(jù)全部置“零”。 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 機(jī)械手的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)過程根據(jù)機(jī)械手的工作流程，本設(shè)計(jì)采用順序控制方式進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。機(jī)械手若不在原點(diǎn)則PLC輸出端Y1輸出